-1000 -1200 -1400 -1600 -1800 -2000
距离 (m)
500
1000
1500
全高巷采预计 巷采充填预计 巷采充填实测
巷采矸石充填地表下沉曲线对比图
国家科技进步奖答辩汇报
平均采深420m 采高4.5m 等价采高0.6m
（三）井下煤矸分离技术开发及应用
❖ 井下煤矸分离方法
煤低20~30元 一吨煤 85
比条带开采吨 保护土地、环
50
煤高20~30元 境和资源
如水砂充填、膏体充填等，由于充填工艺复 传统充填采煤 杂，充填专用材料成本高和控制效果等原因，
这些技术都没有实现规模化推广应用。
国家科技进步奖答辩汇报
（一）指标的先进性
❖ 井下煤矸分选技术
比较项目 成果及指标
与国内外比较
国家科技进步奖答辩汇报
（二）矸石充填开采技术开发及应用
❖ 发明普采矸石充填技术
充
填
充
开
系
填
采
统
面
面
普采与充填支护系统
普采与充填工作面布置
普采矸石充填高速动力抛矸机
国家科技进步奖答辩汇报
（二）矸石充填开采技术开发及应用
❖ 应用效果实例一
新汶翟镇矿村镇下综采充填地表移动预计与实测
比较项目
最大下沉量/mm 最大水平变形/mm/m 建筑物破坏等级
国家科技进步奖答辩汇报
（一）矸石充填开采岩层控制理论
❖ 项目研究的难点之一
——建立矸石充填开采岩层控制理论
岩层移动控制目标 绝对不移动
控制移动量
充填技术控制目标
充入与开采等量的矸石
建筑物损伤破坏：搬迁 建筑物局部损伤：修补 建筑物微小损伤：无需修补
理论上 需解决 的问题
1. 不同矸石充填量对应的地表变形值 2. 同一矸石充填量对应的地表最大变形值
综采矸石充填液压支架
（二）矸石充填开采技术开发及应用
❖ 综采矸石充填原理
矸石充填运输机充填工艺
国家科技进步奖答辩汇报
（二）矸石充填开采技术开发及应用
❖ 综采矸石充填压实原理
综采矸石充填压实系统工作原理
国家科技进步奖答辩汇报
（二）矸石充填开采技术开发及应用
❖ 综采矸石充填工作面井下工况
前部采煤
后部充填
全高开采预计 采高2.1m
综采充填预计 等价采高0.6m
综采充填实测
1580
420
380
3.2
0.8
0.5
Ⅱ
Ⅰ
Ⅰ
下沉量 (mm)
0 0 -200 -400 -600 -800 -1000 -1200 -1400 -1600
距离 (m)
500
1000
1500
全高开采预计 综采充填预计 综采充填实测
综采矸石充填地表下沉曲线对比图
回收率仅为40%左右， “三下”（村庄下、道 路下、水体下）压煤是 其重要根源。
新汶矿区“三下” 压煤高达2.67亿吨，占 可采储量的70%多。
国家科技进步奖答辩汇报
（二）解决相关问题的总体思路
存在问题 传统办法
实际效果
煤矸石的排放
露天排放 制砖等
占用土地、污染环境、爆炸 用量少、产品质量、环保等问题
国家科技进步奖答辩汇报
n
k
2.0
g1
1.8
g3
1.6
g5
1.4
1.2
1.00
10
20
30
40
σ/ MPa
矸石碎胀系数与压应力
0.5
g1
0.4
g3
g5 0.3
0.2
0.1
0
10
20
30
40
σ/ MPa
矸石孔隙率与压应力
（一）矸石充填开采岩层控制理论
❖ 矸石充填开采支架工作载荷计算公式 pz 0.2 ~ 0.3 p
国家科技进步奖答辩汇报
（一）矸石充填开采岩层控制理论
❖ 矸石充填开采等价采高的概念
H
Hz
充填开采
顶板下沉
等价采高
❖ 矸石充填开采岩层移动控制稳定性判据
H z ≤ Hmax
Hmax——建筑物变形能承受的最大允许采高。 国家科技进步奖答辩汇报
（一）矸石充填开采岩层控制理论
❖ 矸石的松散与压实性能
自制实验系统
（二）矸石充填开采技术开发及应用
❖ 应用效果实例三
金能邢东矿工广下巷采充填地表移动预计与实测
比较项目
最大下沉量/mm 最大水平变形/mm/m 建筑物破坏等级
全高巷采预计 采高4.5m
巷采充填预计 等价采高0.6m
巷采充填实测
136650
320
65
32.05
0.5
0.1
Ⅱ
Ⅰ
Ⅰ
下沉量 (mm)
0 0 -200 -400 -600 -800
井下煤矸 分选系统
研 制 了 MGF-350 国内外现有煤矸
型井下煤矸分选机; 分选设备因尺寸、
煤矸处理能力350t/h；工 艺 和 安 全 要 求 等
煤矸分离效率70%左 因 素 限 制 ， 很 难 适
右。
用于井下。
国家科技进步奖答辩汇报
（二）授权与受理专利
授权与受理专利名称
利用矸石置换村庄下压煤的开采方法 破碎岩体多相耦合蠕变试验方法及其装置 矸石充填无煤柱开采工作面采空区的方法 建筑物下矸石置换条带煤柱的开采方法 矿井煤矸分离方法及装备 煤矿井下矸石处理方法 充填矸石液压支架 煤矿井下高速矸石充填皮带机 井下巷道矸石充填综合输送机 煤矿井下双向悬梁式推车机 破碎岩体多相耦合蠕变试验装置 采场充填用防堵塞搅拌槽 充填用胶带输送机
（2）建立了矸石直接充填置换煤的岩层控制理论，为充填 开采设计和地表沉陷控制等提供了科学依据。
旁证材料：授权发明专利：ZL200510039249.4；授权实用新型专利： ZL200520071472.2；论文：“矸石充填采煤中的矿压显现规律分析”。
国家科技进步奖答辩汇报
（四）主要技术创新点
2、其他重要技术创新点
pz——充填开采支架载荷； p——全高开采支架载荷。
相似材料模拟系统 国家科技进步奖答辩汇报
（一）矸石充填开采岩层控制理论
❖ 矸石充填开采等价采高Hz的理论计算公式
Hz hz (k k)(H hz ) ≤ Hmax
H——实际采高； hz——充填体空顶距（充实率控制参数）； k ——初始压实系数（压实率控制参数）；
创新 与
发明
1. 拆除开采工作面与采空区之间的隔离屏障 2. 用同一支护系统掩护采煤与充填并行作业 3. 用矸石重力为充填主要动力，加辅助压实力
国家科技进步奖答辩汇报
（二）矸石充填开采技术开发及应用
❖ 发明综采矸石充填技术
工作面
掩护斜梁
采空区
工作面
水平短梁
采空区
传统综采液压支架
国家科技进步奖答辩汇报
最大水平变形/mm/m
3.0
0.6
0.3
建筑物破坏等级
Ⅱ
Ⅰ
Ⅰ
下沉量 (mm)
0 0 -200 -400 -600 -800 -1000 -1200 -1400 -1600
距离 (m)
500
1000
1500
全高开采预计 普采充填预计 普采充填实测
普采矸石充填地表下沉曲线对比图
国家科技进步奖答辩汇报
平均采深450m 采高1.8m 等价采高0.4m 工作面采出率85%
国家科技进步奖答辩汇报
平均采深500m 实际采高2.1m 等价采高0.7m 采出率85%
（二）矸石充填开采技术开发及应用
❖ 应用效果实例二
新汶盛泉矿工广下普采充填地表移动预计与实测
比较项目 最大下沉量/mm
全高开采预计 采高1.8m
普采充填预计 等价采高0.4m
普采充填实测
1365
280
257
（3）成功开发出了井下煤矸分选设备与系统，实现 了煤流矸石不出井而直接置换煤的目标。
旁证材料：受理发明专利：200710022602.7；论文：“旋转冲击 式井下煤矸分离可行性研究” 等2篇。
（4）将综采、普采、巷采矸石充填置换煤技术成功用 于安全、高效、高采出率回收“三下”压煤和各类煤柱。
旁证材料：受理发明专利：200610097593.3、200610097687.0； 论文：“建筑物下条带开采煤柱矸石置换开采的研究”。
3000
普采充 填技术
适用于开采地质 条件较复杂，并 有一定产量要求 的矿井工作面。
1000
巷采充 填技术
适用于残采块段 和断层等边角煤 柱。
300
三项技术都属国内 85 三种充填 外首创
开采方式
都能将地 发明专利：
表变形控 200610097593.3
85 制在建筑 ZL200510039249.4
国家科技进步奖答辩汇报
专利类别
发明专利 发明专利 发明专利 发明专利 发明专利 发明专利 实用新型专利 实用新型专利 实用新型专利 实用新型专利 实用新型专利 实用新型专利 实用新型专利
授权或受理号
200610097593.3 ZL200510039249.4 200610068527.3 200610097687.0 200710022602.7 200410096583.9 ZL200520083542.6 ZL200720018924.X ZL200420116205.8 ZL200720018798.8 ZL200520071472.2 ZL200720003335.4 ZL200620086347.3